| 研究課題/領域番号 |
20K03886
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
中原 明生 日本大学, 理工学部, 教授 (60297778)
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| 研究分担者 |
狐崎 創 奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (00301284)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 記憶効果 / レオロジー / 破壊の制御 / 塑性流体 / コロイド / 破壊 / ソフトマター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
粉と水を混ぜて作ったドロドロなペーストは自分で揺れたり流れた方向や受けた電場や磁場の方向を記憶する。ペースト自体を見ても何を記憶したのかわからないが、このペーストを乾燥させて固化した時に記憶に従って割れやすい方向が決まるので、記憶を操作することで固液混合材料の破壊や材料物性の制御に応用できる。固化したペーストを破壊して得られた亀裂パターンを解析することでこのペーストが過去にどのような体験をしたか知ることもできる。本研究ではペーストが様々な体験を記憶する能力の多様性について調べ、ペーストがどのような体験をどのような記憶方式で学習するかそのメカニズムを解明して、未来の制御と過去の探求へと応用する。
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| 研究成果の概要 |
ペーストは塑性ゆえに揺れや流れなどの動きを記憶し、その記憶に従って割れやすい方向が決まるので、ペーストの記憶は乾燥亀裂パターンとして可視化される。本研究では、記憶の種類や強さを定量化するために異方的な亀裂パターンを情報エントロピーを用いて解析する方法を提案した。ペーストに紐状高分子の糖類を添加し、添加量に応じて主たる粒子間相互作用を引力にしたり斥力にすることで、ペーストのメモリー効果を促進したり抑制する方法を見出した。さらに、レオメーターを用いた実験を行い、揺れを記憶する構造は振動する微小剪断歪みを起因としており、流れを記憶する構造は一方向の大変形を伴う剪断歪みを起因としていることも分かった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
破壊や地震は身近な現象でありながら、いつどこがどのように壊れるかが状況に応じて逐次変化していくので、防災上の正確な予測や対策が立てにくい。本研究では、塑性を持つペーストが揺れや流れなどの己の動きを記憶してその後の壊れやすい方向が決まるという現象を研究することで、サイエンスとしてはソフトマターのレオロジーの面白さの基礎研究だけでなく、破壊の制御や破壊の前駆現象の予知、さらには過去に起こった破壊現象の原因究明へと応用できるので、人類にとって重要なテーマである。今回、揺れの記憶と流れの記憶の転移条件が分かったことで、どの程度の変形でどの方向に物質が破れやすくなるかが予測できるようになり意義がある。
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